DE102004001837B4

DE102004001837B4 - Winkellagesensor, der so arbeitet, dass er eine hoch lineare magnetische Flussdichte misst

Info

Publication number: DE102004001837B4
Application number: DE102004001837.5A
Authority: DE
Inventors: Shigetoshi Fukaya; Kenji Takeda; Naoki Nakane; Tetsuo Imamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2024-01-14
Also published as: KR20060106784A; FR2850751A1; CN1276235C; JP4118755B2; US20040164733A1; CN1519536A; KR20040065174A; JP2004271495A; DE102004001837A1; FR2850751B1; KR100778875B1; US7298395B2

Abstract

Winkellagesensor, welcher aufweist:Ein hartmagnetisches Bauteil, welches mit einem drehbaren Bauteil verbunden ist, wobei das hartmagnetische Bauteil einen Umfang aufweist und in einer Umfangsrichtung hiervon magnetisiert ist, um eine magnetisches Feld hierherum zu erzeugen;ein weichmagnetisches Bauteil, welches im Einflussbereich des durch das hartmagnetische Bauteil erzeugten Magnetfelds angeordnet ist, um einen magnetischen Kreis auszubilden, wobei eine Drehung des drehbaren Bauteils die Relativlage zwischen dem hartmagnetischen Bauteil und dem weichmagnetischen Bauteil ändert und bewirkt, dass sich eine magnetische Flussdichte in dem magnetischen Kreis ändert; undeinen Magnetflussdichtenmesssensor, welcher mit einem Abstand von dem weichmagnetischen Bauteil entfernt angeordnet ist, wobei der Magnetflussdichtenmesssensor arbeitet, um die magnetische Flussdichte in dem magnetischen Kreis zu messen, um ein Signal als eine Funktion der magnetischen Flussdichte als eine Angabe einer Winkellage des drehbaren Bauteils zu erzeugen,wobei das hartmagnetische Bauteil ausgelegt ist, einen magnetischen Fluss zu erzeugen, der im Betrag innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs in einer Umfangsrichtung hiervon im Wesentlichen gleichförmig ist,dadurch gekennzeichnet, dassdas hartmagnetische Bauteil einen ersten magnetischen Pol und einen zweiten magnetischen Pol aufweist, welche sich in einer Polarität voneinander unterscheiden und an Enden hiervon miteinander verbunden sind, um den Umfang des hartmagnetischen Bauteils zu definieren, und der erste und der zweite magnetische Pol arbeiten, um den magnetischen Fluss zu erzeugen, der innerhalb von Winkelbereichen, die um mittlere Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols in der Umfangsrichtung des hartmagnetischen Bauteils herum definiert sind, im Betrag im Wesentlichen gleichförmig ist; unddie mittleren Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols eine in einer Richtung senkrecht zu einer sich auf einer Umfangsmittellinie des hartmagnetischen Bauteils erstreckenden Ebene definierte Dicke aufweisen, welche kleiner ist als eine Dicke von Abschnitten des ersten und des zweiten magnetischen Pols um Verbindungsstellen zwischen Enden des ersten und des zweiten magnetischen Pols herum.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Winkellagesensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welcher so arbeitet, daß er eine Winkellage eines drehbaren Elements misst, und bezieht sich insbesondere auf einen verbesserten Aufbau eines solchen Winkellagesensors, der so ausgelegt ist, daß er eine magnetische Flussdichte erfasst, welche eine höhere Linearität aufweist.
Typische Winkellagesensoren, die so arbeiten, daß sie eine Winkellage einer drehbaren Welle messen, sind aus einem ringförmigen Magneten mit einem N-Pol und einem S-Pol, welche in einer Umfangsrichtung hiervon angeordnet sind, einem um den Umfang des Magneten herum angeordneten Magnetjoch und Magnetsensoren aufgebaut. Das Magnetjoch weist hierin ausgebildete Radialnuten auf, welche Luftspalte ausbilden. Die Magnetsensoren sind innerhalb der Luftspalte angeordnet und arbeiten so, daß sie magnetische Flussdichten in den Luftspalten messen. Beispielsweise lehrt US-P-Nr. US 5 528 139 A an Oudet et al., ausgegeben am 18. Juni 1996 (entsprechend dem japanischen Patent Nr. JP 2 842 482 B2 ) einen solchen Typ eines Winkellagesensors.
Der N-Pol und der S-Pol des Magneten sind mit einem Winkelabstand von 180° angeordnet und erzeugen eine magnetische Flussdichte, welche sich mit einer konstanten Rate in der Umfangsrichtung des Magneten ändert. Dies bewirkt, daß sich die magnetische Flussdichte, wie sie durch Magnetsensoren gemessen wird, auf eine Drehung der drehbaren Welle hin in der Form einer Sinuswelle ändert. Daher ist es unmöglich, daß die Magnetsensoren die magnetische Flussdichte messen, welche eine höhere Linearität aufweist. Eine Bestimmung einer absoluten Winkellage der drehbaren Welle erfordert umfangreiche Operationen an trigonometrische Funktionen und/oder die Verwendung einer Karte, wodurch das Problem hervorgerufen wird, daß die Betriebslast des Systems unerwünscht hoch ist.
Die Druckschrift DE 101 39 154 A1 offenbart einen Winkelstellungssensor mit einem Rotor, der an einer Welle angebracht ist. Ein erster Magnet und ein zweiter Magnet sind an der Oberfläche des Rotors angebracht. Außerdem sind ein erster Konzentrator und ein zweiter Konzentrator um den Umfang des Rotors einander gegenüberliegend angeordnet. Ein Zwischenraum ist zwischen dem ersten Konzentrator und dem zweiten Konzentrator hergestellt, und ein Magnetfeldmesselement ist in dem Zwischenraum angeordnet. Wenn der Rotor in Bezug auf das Messelement rotiert, gibt das Messelement ein lineares Signal aus, das die Lage des Rotors in Bezug auf das Messelement über einen Bereich zwischen negativen neunzig Grad und positiven neunzig Grad darstellt.
Die Druckschrift DE 197 05 835 A1 betrifft einen Drehwinkelsensor mit in einem Ringjoch angeordneten Hall-Elementen als eine Messeinrichtung zur Drehwinkelmessung, bei der das mit dem zu messenden Drehwinkel sich drehende Feld eines Magneten mit Hilfe von Hall-Elementen zur Drehwinkelmessung ausgenutzt wird. Zur einfachen Ausgestaltung und größeren Empfindlichkeit wird das sich tangential in einem ringförmigen Joch erstreckende Feld zur Feststellung des Drehwinkels mittels einer oder zweier Hall-Elemente gemessen.
Die Druckschrift DE 197 16 985 A1 lehrt eine Vorrichtung zur Ermittlung der Position und/oder Torsion rotierender Wellen, bei der ein Drehwinkelsensor aufgebaut ist mit einem zweipolig-radialen Ringmagnetelement, das mit der Welle verbunden ist, und einem Statorelement aus einem magnetisch leitenden Material, in dem das Ringmagnetelement angeordnet ist und in dem um einen gleichen Winkel versetzt wenigstens drei Luftspalte eingebracht sind, wobei in zwei nebeneinanderliegenden Luftspalten jeweils ein Hall-IC-Element angeordnet ist, die über eine Auswerteeinheit auf der Grundlage eines von jedem Hall-IC-Element gemessenen Hall-IC-Spannungsverlaufs unter Zuordnung jedes aufgenommenen Fluss-Spannungsmesswerts zu einem Stellungswinkel auf den Hall-IC-Spannungsverläufen den tatsächlichen Stellungswinkel errechnet und als Ausgangssignal ausgibt.
Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund als eine Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und einen Winkellagesensor bereitstellen, der so ausgelegt ist, daß er eine magnetische Flussdichte misst, welche eine höhere Linearität aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Winkellagensensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, alternativ einen Winkellagensensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 und eine Winkellagebestimmungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Winkellagesensor bereitgestellt, welcher in Servolenkungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden kann. Der Winkellagesensor weist auf: (a) ein mit einem drehbaren Bauteil verbundenes hartmagnetisches Bauteil, wobei das hartmagnetische Bauteil einen Umfang aufweist und in einer Umfangsrichtung hiervon magnetisiert ist, um ein magnetisches Feld hierherum zu erzeugen; (b) ein weichmagnetisches Bauteil, welches im Einflussbereich des durch das hartmagnetische Bauteil erzeugten Magnetfeldes angeordnet ist, um einen magnetischen Kreis auszubilden, wobei eine Drehung des drehbaren Bauteils die Relativlage zwischen dem hartmagnetischen Bauteil und dem weichmagnetischen Bauteil ändert und bewirkt, daß sich eine magnetische Flussdichte in dem magnetischen Kreis ändert; und (c) einen Magnetflussdichtenmesssensor, welcher mit einem Abstand von dem weichmagnetischen Bauteil entfernt angeordnet ist. Der Magnetflussdichtenmesssensor arbeitet so, daß er die magnetische Flussdichte in dem magnetischen Kreis misst, um ein Signal als eine Funktion der magnetischen Flussdichte als eine Angabe einer Winkellage des drehbaren Bauteils zu erzeugen. Das hartmagnetische Bauteil ist so ausgelegt, daß es einen innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs in einer Umfangsrichtung hiervon im Betrag im Wesentlichen einheitlichen magnetischen Fluss erzeugt. Der Winkellagesensor gemäß diesem Gesichtspunkt ist dadurch gekennzeichnet, dass das hartmagnetische Bauteil einen ersten magnetischen Pol und einen zweiten magnetischen Pol aufweist, welche sich in einer Polarität voneinander unterscheiden und an Enden hiervon miteinander verbunden sind, um den Umfang des hartmagnetischen Bauteils zu definieren. Der erste und der zweite magnetische Pol arbeiten so, daß sie den magnetischen Fluss erzeugen, welcher innerhalb von Winkelbereichen, die um mittlere Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols in der Umfangsrichtung des hartmagnetischen Bauteils herum definiert sind, im Betrag im Wesentlichen einheitlich ist. Die mittleren Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols können eine in einer Richtung senkrecht zu einer sich über den Umfang des hartmagnetischen Bauteils erstreckenden Ebene definierte Dicke aufweisen, die kleiner ist als eine Dicke von Abschnitten des ersten und des zweiten magnetischen Pols um Verbindungsstellen zwischen Enden des ersten und des zweiten magnetischen Pols herum.
Gemäß dem vorstehenden Gesichtspunkt wird bewirkt, daß die Dichte eines in dem magnetischen Kreis entwickelten magnetischen Flusses sich im Wesentlichen in Proportion zu einer Änderung einer Winkellage des drehbaren Bauteils ändert, was ermöglicht, daß der Winkellagesensor auf eine Drehung des drehbaren Bauteils hin eine Änderung im Ausgang bereitstellt, welche eine höhere Linearität aufweist. Der vorgenannte Aufbau stellt darüber hinaus eine Änderung in einem Betrag des auf eine Drehung des drehbaren Bauteils hin erzeugten magnetischen Flusses in der Form im Wesentlichen einer rechteckigen Welle innerhalb des Winkelbereichs um den mittleren Abschnitt sowohl des ersten als auch des zweiten magnetischen Pols herum bereit. Insbesondere sind die mittleren Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols dünner. In anderen Worten sind Randbereiche des ersten und des zweiten magnetischen Pols kleiner als jene der Abschnitte um die Verbindungsstellen zwischen den Enden des ersten und des zweiten magnetischen Pols herum, sodass ein Gesamtbetrag eines von den mittleren Abschnitten her erzeugten magnetischen Flusses im Vergleich mit einem Fall, daß der erste und der zweite magnetische Pol eine über den Umfang des hartmagnetischen Bauteils einheitliche Dicke aufweisen, verringert ist, wodurch sich die Einheitlichkeit des Betrags des magnetischen Flusses innerhalb der um die mittleren Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols herum definierten Winkelbereiche ergibt.
Gemäß einem alternativen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Winkellagesensor bereitgestellt, welcher aufweist: Ein hartmagnetisches Bauteil, welches mit einem drehbaren Bauteil verbunden ist, wobei das hartmagnetische Bauteil einen Umfang aufweist und in einer Umfangsrichtung hiervon magnetisiert ist, um eine magnetisches Feld hierherum zu erzeugen; ein weichmagnetisches Bauteil, welches im Einflussbereich des durch das hartmagnetische Bauteil erzeugten Magnetfelds angeordnet ist, um einen magnetischen Kreis auszubilden, wobei eine Drehung des drehbaren Bauteils die Relativlage zwischen dem hartmagnetischen Bauteil und dem weichmagnetischen Bauteil ändert und bewirkt, dass sich eine magnetische Flussdichte in dem magnetischen Kreis ändert; und einen Magnetflussdichtenmesssensor, welcher mit einem Abstand von dem weichmagnetischen Bauteil entfernt angeordnet ist, wobei der Magnetflussdichtenmesssensor arbeitet, um die magnetische Flussdichte in dem magnetischen Kreis zu messen, um ein Signal als eine Funktion der magnetischen Flussdichte als eine Angabe einer Winkellage des drehbaren Bauteils zu erzeugen, wobei das hartmagnetische Bauteil ausgelegt ist, einen magnetischen Fluss zu erzeugen, der im Betrag innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs in einer Umfangsrichtung hiervon im Wesentlichen gleichförmig ist. Der Winkellagesensor gemäß dem alternativen Gesichtspunkt ist dadurch gekennzeichnet, dass das hartmagnetische Bauteil einen ersten magnetischen Pol und einen zweiten magnetischen Pol aufweist, welche sich in einer Polarität voneinander unterscheiden und an Enden hiervon miteinander verbunden sind, um den Umfang des hartmagnetischen Bauteils zu definieren, und der erste und der zweite magnetische Pol arbeiten, um den magnetischen Fluss zu erzeugen, der innerhalb von Winkelbereichen, die um mittlere Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols in der Umfangsrichtung des hartmagnetischen Bauteils herum definiert sind, im Betrag im Wesentlichen gleichförmig ist; und die mittleren Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols eine in einer parallel zu einer sich auf einer Umfangsmittellinie des hartmagnetischen Bauteils erstreckenden Ebene orientierten Richtung definierte Breite aufweisen, welche kleiner ist als eine Breite von Abschnitten des ersten und des zweiten magnetischen Pols um Verbindungsstellen zwischen Enden des ersten und des zweiten magnetischen Pols herum. Insbesondere sind die Randbereiche des ersten und des zweiten magnetischen Pols kleiner als jene der Abschnitte um die Verbindungsstellen zwischen den Enden des ersten und des zweiten magnetischen Pols herum, sodass ein Gesamtbetrag eines von den mittleren Abschnitten her erzeugten magnetischen Flusses im Vergleich mit einem Fall, daß der erste und der zweite magnetische Pol die über den Umfang des hartmagnetischen Bauteils einheitliche Breite aufweisen, verringert ist, wodurch sich die Einheitlichkeit des Betrags des magnetischen Flusses innerhalb der um die mittleren Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols herum definierten Winkelbereiche ergibt.
Das hartmagnetische Bauteil kann bevorzugt weichmagnetische Unterjochteile aufweisen, welche so arbeiten, daß sie einen von dem ersten und dem zweiten magnetischen Pol her erzeugten magnetischen Fluss in den magnetischen Fluss umwandeln, der im Betrag innerhalb des gegebenen Winkelbereichs im Wesentlichen gleichförmig ist. Die weichmagnetischen Unterjochteile sind an Randabschnitten nahe der Umfangsmitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols angeordnet.
In der Struktur, in welcher das hartmagnetische Bauteil in einer Richtung senkrecht zu der Umfangsmittellinie hiervon eine Dicke aufweist, welche kleiner ist als die des weichmagnetischen Bauteils, können das hartmagnetische Bauteil und das weichmagnetische Bauteil so angeordnet sein, daß eine auf der Umfangsmittellinie des hartmagnetischen Bauteils in einer Dickenrichtung hiervon definierte Ebene mit einer auf einer Umfangsmittellinie des weichmagnetischen Bauteils in einer Dickenrichtung hiervon definierten Ebene zusammenfällt. Dieser Aufbau dient dazu, das hartmagnetische Bauteil innerhalb des weichmagnetischen Bauteils in einer Dickenrichtung des hartmagnetischen Bauteils auch dann zu halten, wenn eine leichte Verschiebung zwischen dem hartmagnetischen Bauteil und dem weichmagnetischen Bauteil in der Dickenrichtung des hartmagnetischen Bauteils auftritt, wodurch eine Änderung in einer durch den Magnetflussdichtenmesssensor zu messenden magnetischen Flussdichte minimiert wird.
Der Winkellagesensor kann ferner eine magnetische Abschirmung aufweisen, welche das weichmagnetische Bauteil umgibt, um einen von äußeren magnetischen Störungen herrührenden Fehler eines Sensorausgangs zu minimieren.
Das weichmagnetische Bauteil kann einen Umfang aufweisen und außerhalb des Umfangs des hartmagnetischen Bauteils angeordnet sein. Das weichmagnetische Bauteil kann hierin ausgebildet einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Spalt mit einem Abstand von näherungsweise 90° in einer Umfangsrichtung des weichmagnetischen Bauteils aufweisen. Ein Abstand zwischen einem äußeren Umfang des weichmagnetischen Bauteils und der magnetischen Abschirmung ist größer als eine Länge jedes des ersten bis vierten Spalts entlang des Umfangs des weichmagnetischen Bauteils, wodurch ein Abfließen des magnetischen Flusses von dem weichmagnetischen Bauteil zu der magnetischen Abschirmung vermieden wird.
Die Breiten des ersten und des zweiten magnetischen Pols des hartmagnetischen Bauteils, die in der Richtung senkrecht zu der sich über die Umfangsrichtung des hartmagnetischen Bauteils erstreckenden Ebene definiert sind, können in Richtung der Umfangsmitten des ersten und des zweiten magnetischen Pols abnehmen. Insbesondere sind die Randbereiche um die Umfangsmitten des ersten und des zweiten magnetischen Pols herum kleiner als jene der Abschnitte um die Verbindungsstellen zwischen den Enden des ersten und des zweiten magnetischen Pols herum, sodass ein Gesamtbetrag eines von den mittleren Abschnitten her erzeugten magnetischen Flusses im Vergleich mit dem Fall, daß der erste und der zweite magnetische Pol die über den Umfang des hartmagnetischen Bauteils einheitliche Breite aufweisen, verringert ist, wodurch sich die Einheitlichkeit bzw. Gleichförmigkeit des Betrags des magnetischen Flusses innerhalb der um die mittleren Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols herum definierten Winkelbereiche ergibt.
Sowohl das hartmagnetische Bauteil als auch das weichmagnetische Bauteil können einen kreisförmigen inneren Umfang aufweisen. Das hartmagnetische Bauteil kann einen im Wesentlichen kreisförmigen äußeren Umfang aufweisen, der durch eine Geometrie definiert ist, daß Breiten der Umfangsmitten des ersten und des zweiten magnetischen Pols in der Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung des hartmagnetischen Bauteils kleiner sind als Breiten von Verbindungsstellen zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Pol.
In dem Aufbau, in welchem die Dicke des hartmagnetischen Bauteils in der Richtung senkrecht zu der sich über den Umfang des hartmagnetischen Bauteils erstreckenden Ebene größer ist als die des weichmagnetischen Bauteils, können Enden des hartmagnetischen Bauteils, die in der Richtung senkrecht zu der sich über den Umfang des hartmagnetischen Bauteils erstreckenden Ebene gegenüberliegen, außerhalb von Enden des weichmagnetischen Bauteils in der Richtung senkrecht zu dem Umfang des hartmagnetischen Bauteils hervorstehen. Dies bewirkt, daß der magnetische Fluss von Ecken bzw. Kanten des hartmagnetischen Bauteils aus dem weichmagnetischen Bauteil herausfließt, was dazu dient, hereinkommende Eisenpulver anzuziehen, um ein Festsetzen hiervon an dem inneren Rand des weichmagnetischen Bauteils und einem gegenüberliegenden Abschnitt des äußeren Rands des hartmagnetischen Bauteils zu vermeiden, was die Stabilität eines Fließens des magnetischen Flusses von dem hartmagnetischen Bauteil zu dem inneren Rand des weichmagnetischen Bauteils für eine verlängernde Zeitdauer sicherstellt.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Winkellagebestimmungsvorrichtung bereitgestellt, welche aufweist: (a) ein mit einem drehbaren Bauteil verbundenes ringförmiges hartmagnetisches Bauteil, wobei das hartmagnetische Bauteil einen ersten magnetischen Pol und einen zweiten magnetischen Pol, der sich in der Polarität von dem ersten magnetischen Pol unterscheidet, beinhaltet, wobei der erste und der zweite Pol an Enden hiervon an Orten 180° entfernt voneinander in einer Umfangsrichtung des hartmagnetischen Bauteils verbunden sind, wobei das hartmagnetische Bauteil so ausgelegt ist, daß es einen magnetischen Fluss erzeugt, welcher innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs in einer Umfangsrichtung hiervon einen im wesentlichen einheitlichen Betrag aufweist; (b) ein weichmagnetisches Bauteil, welches außerhalb eines Umfangs des hartmagnetischen Bauteils angeordnet ist, welches hierin ausgebildete, mit einem Abstand von näherungsweise 90° angeordnete Spalte aufweist, wobei die Drehung des drehbaren Elements, um eine Relativlage zwischen dem hartmagnetischen Bauteil und dem weichmagnetischen Bauteil zu ändern, eine Änderung einer magnetische Flussdichte in den Spalten bewirkt; (c) in jeweils einem von zweien der Spalte, die in einer Gruppenrichtung der Spalte nebeneinander liegen, angeordnete Magnetflussdichtenmesssensoren, wobei die Magnetflussdichtenmesssensoren so arbeiten, daß sie magnetische Flussdichten innerhalb der zwei Spalte messen und diese anzeigende elektrische Signale erzeugen, welche im Wesentlichen um 90° in der Phase zueinander verschobene Dreiecks- bzw. Sägezahnwellen zeigen und von denen jedes einen geraden Abschnitt aufweist; und (d) eine Winkellageberechnungsschaltung, welche so arbeitet, daß sie die geraden Abschnitte der Sägezahnwellen kombiniert und korrigiert, um eine im Wesentlichen einzige gerade Linie auszubilden. Die Winkellageberechnungsschaltung berechnet eine Winkellage des drehbaren Bauteils unter Verwendung der geraden Linie. Dieser Aufbau dient dazu, Ausgänge der Magnetflussdichtenmesssensoren als eine Funktion einer Änderung in einer Winkellage des drehbaren Bauteils bereitzustellen, welche eine höhere Linearität aufweisen. Die vorgenannte Kombination und Korrektur minimiert einen Fehler bei einer Bestimmung der Winkellage des drehbaren Bauteils.
Die durch die Magnetflussdichtenmesssensoren erzeugten elektrischen Signale sind Spannungssignale, deren Pegel sich als eine Funktion der Winkellage des drehbaren Bauteils ändern. Die Korrektur der geraden Abschnitte der Sägezahnwellen wird in der Winkellageberechnungsschaltung dadurch erreicht, daß Segmente aus den geraden Abschnitten, von denen sich jeder über einen von vorgewählten Winkelbereichen einer Drehung des drehbaren Bauteils erstreckt, extrahiert werden, Vorzeichen von Steigungen bzw. Inklinationen der Segmente in Übereinstimmung miteinander gebracht werden, die Segmente parallel bewegt werden, um einen Spannungspegel eines Endes jedes der Segmente in Übereinstimmung mit dem eines Endes eines benachbarten der Segmente zu bringen, und die bewegten Segmente verbunden werden, um eine einzige Spannung-zu-Winkel-Linie zu erzeugen, eine gerade Spannung-zu-Winkel-Linie definiert wird, die sich zwischen einem maximalen Spannungspegel und einem minimalen Spannungspegel, welche durch die einzige Spannung-zu-Winkel-Linie angegeben sind, erstreckt, ein Spannungskorrekturwert, der benötigt wird, um den mittleren Spannungspegel in Übereinstimmung mit einem idealen zu bringen, bestimmt wird und ein Inklinationskorrekturwert, der benötigt wird, um eine Inklination der geraden Spannung-zu-Winkel-Linie in Übereinstimmung mit einer Idealen zu bringen, bestimmt wird.
Jeder der Magnetflussdichtenmesssensoren kann so ausgelegt sein, daß er die elektrischen Signale korrigiert, um einen von einer Umgebungstemperatur herrührenden Fehler zu kompensieren.
Jeder der Magnetflussdichtenmesssensoren kann mit einer Temperatur-zu-Korrekturwert-Karte ausgestattet sein. Jeder der Magnetflussdichtenmesssensoren arbeitet so, daß er einen Korrekturwert von der Temperatur-zu-Korrekturwert-Karte, welcher der Umgebungstemperatur entspricht, aufnimmt und das elektrische Signal unter Verwendung des Korrekturwerts korrigiert.
Die Winkellageberechnungsschaltung kann hierin einen idealen maximalen Spannungspegel und einen idealen minimalen Spannungspegel der elektrischen Signale speichern, eine erste Differenz zwischen einem tatsächlichen maximalen Spannungspegel der elektrischen Signale und dem idealen maximalen Spannungspegel und eine zweite Differenz zwischen einem tatsächlichen minimalen Spannungspegel und dem idealen minimalen Spannungspegel bestimmen und den tatsächlichen maximalen und minimalen Spannungspegel unter Verwendung der ersten und der zweiten Differenz korrigieren. Üblicherweise nimmt der Betrag des durch das hartmagnetische Bauteil erzeugten magnetischen Flusses mit einem Anstieg der Umgebungstemperatur allmählich ab, was zu einer Abnahme in der durch die Magnetflussdichtenmesssensoren zu messenden magnetischen Flussdichten führt. Dies wird einen Abfall der Spannungspegel von Ausgängen der Magnetflussdichtenmesssensoren bewirken. Um dieses Problem zu beseitigen, ist die Winkellageberechnungsschaltung so ausgelegt, daß sie Abfälle in Spannungspegeln der Ausgänge aus den Magnetflussdichtenmesssensoren in der vorgenannten Weise ausgleicht.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist und diese nur dem Zwecke der Erläuterung und zum besseren Verständnis dienen.
Es zeigen:

1(a) eine Seitenansicht, welche einen Winkellagesensor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
1(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 1(a), welche einen Winkellagedetektor der ersten Ausführungsform zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht, welche einen Magneten des Winkellagesensors von 1(a) und 1(b) zeigt;
3(a) eine Draufsicht, welche eine Orientierung eines aus dem Magneten von 2 herausfließenden magnetischen Flusses zeigt;
3(b) ein Graph, welcher eine periodische Welle zeigt, die eine Änderung in einem Betrag eines magnetischen Flusses auf eine Drehung einer Drehwelle hin, an welcher ein Magnet befestigt ist, angibt;
4(a) eine Querschnittsansicht, welche eine Lagebeziehung zwischen einem Magneten und einer Drehwelle zeigt, wenn sich die Drehwelle in einer Winkellage von 0° befindet;
4(b) eine Querschnittsansicht, welche eine Lagebeziehung zwischen einem Magneten und einer Drehwelle zeigt, wenn sich die Drehwelle in einer Winkellage von 90° befindet;
4(c) eine Querschnittsansicht, welche eine Lagebeziehung zwischen einem Magneten und einer Drehwelle zeigt, wenn sich die Drehwelle in einer Winkellage von 180° befindet;
4(d) ein Graph, welcher periodische Wellen zeigt, die Änderungen in Ausgangsspannungen von Sensorelementen eines Magnetsensors auf eine Drehung einer Drehwelle hin, an welcher ein Magnet befestigt ist, angeben;
5 ein Flussdiagramm eines Programms, welches in einer Winkellageberechnungsschaltung ausgeführt wird, um eine eine Winkellage einer Drehwelle angebende Ausgangsspannung zu erzeugen;
6 ein Graph, welcher die Ausgangsspannung zeigt, wie sie durch das Programm von 5 erzeugt wird;
7(a) eine Seitenansicht, welche einen Winkellagesensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
7(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII in 7(a), welche einen Winkellagedetektor der zweiten Ausführungsform zeigt;
8(a) eine Schnittansicht entlang der Länge einer Drehwelle, an welcher ein Magnet befestigt ist, welche einen Winkellagedetektor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
8(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 8(a);
9 eine Querschnittsansicht, welche einen um den Winkellagedetektor von 8(a) herum fließenden magnetischen Fluss zeigt;
10 eine Querschnittsansicht, welche eine Modifikation des Winkellagedetektors von 8(a) zeigt;
11 eine Schnittansicht, welche eine elektrische Servolenkungsvorrichtung zeigt, die mit einem Winkellagedetektor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist;
12(a) eine Draufsicht, welche einen Magneten eines Winkellagesensors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
12(b) eine Draufsicht, welche eine Modifikation des in 12(a) dargestellten Magneten zeigt;
13(a) eine Draufsicht, welche einen Winkellagesensor gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
13(b) eine senkrechte Schnittansicht, welche einen Schnitt entlang der Linie A-A in 13(a) zeigt;
14 eine Draufsicht, welche eine Modifikation des in 13(a) dargestellten Winkellagesensors zeigt;
15(a) eine Draufsicht, welche einen Winkellagesensor gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
15(b) eine Seitenansicht von 15(a);
16(a) eine Seitenansicht, welche eine Modifikation des Winkellagesensors der sechsten Ausführungsform zeigt;
16(b) eine Querschnittsansicht von 16(a);
17 ein Graph, welcher ideale Wellen zeigt, die Änderungen in einer Ausgangsspannung von Sensorelementen eines in einem Winkellagesensor eingebauten Magnetsensors auf eine Drehung einer Drehwelle hin gemäß einer siebten Ausführungsform angeben;
18 ein Graph, welcher eine ideale Welle zeigt, die eine Änderung in einer Ausgangsspannung einer Winkellageberechnungsschaltung der siebten Ausführungsform angibt;
19 ein Graph, welcher Wellen zeigt, die tatsächliche Änderungen in einer Ausgangsspannung von Sensorelementen eines in einem Winkellagesensor eingebauten Magnetsensors auf eine Drehung einer Drehwelle hin gemäß der siebten Ausführungsform angeben;
20 ein Graph, welcher eine Ausgangsspannung einer Winkellageberechnungsschaltung in dem Fall zeigt, daß gerade Segmente von Wellenformen von Ausgangsspannungen von Sensorelementen nicht aneinander ausgerichtet sind;
21 ein Graph, welcher eine Ausgangsspannung einer Winkellageberechnungsschaltung nach Korrektur zeigt;
22 ein Flussdiagramm eines Programms, welches durch eine Winkellageberechnungsschaltung ausgeführt wird, um die Ausgangsspannung, wie in 21 dargestellt, zu erzeugen;
23 ein Graph, welcher eine ideale Welle zeigt, die eine Änderung in einer Ausgangsspannung einer Winkellageberechnungsschaltung gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung angibt;
24(a) eine Draufsicht, welche ein Beispiel eines den in 12(b) dargestellten Magneten verwendenden Winkellagesensors zeigt;
24(b) eine Draufsicht, welche einen Winkellagesensor gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
25 ein Graph, welcher den Betrag eines durch einen in den Winkellagesensor, wie er in 24(b) dargestellt ist, eingebauten Magneten erzeugten magnetischen Flusses zeigt;
26 eine Draufsicht, welche einen Winkellagesensor gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
27(a) eine senkrechte Schnittansicht, welche einen Winkellagesensor gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
27(b) eine senkrechte Schnittansicht, welche eine Modifikation des Winkellagesensors von 27(a) zeigt.

Mit Bezug auf die Zeichnungen, in welchen sich gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen, insbesondere auf 1(a) und 1(b), ist dort ein Winkellagedetektor 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Der Winkellagedetektor 1 besteht im Wesentlichen aus einem Winkellagesensor, der auf einem äußeren Rand einer Drehwelle 2 installiert ist, und einer Winkellageberechnungsschaltung 6. Die Winkellageberechnungsschaltung 6 ist so ausgelegt, daß sie eine Winkellage der Drehwelle 2 unter Verwendung eines Ausgangs des Winkellagesensors bestimmt.
Der Winkellagesensor beinhaltet einen aus einem hartmagnetischen Material hergestellten Magneten 3, ein aus einem weichmagnetischen Material hergestelltes Joch 4 und einen Magnetsensor 5, der arbeitet, um die Dichte eines magnetischen Flusses zu messen.
Der Magnet 3 ist von ringförmiger Gestalt und an dem äußeren Rand der Drehwelle 2 befestigt. Der Magnet 3 ist aus zwei halbkreisförmigen Teilen aufgebaut: einer mit einem N-Pol 3a, und der andere mit einem S-Pol 3b. Der N-Pol 3a und der S-Pol 3b sind an Enden hiervon an Orten, die 180° voneinander entfernt sind, integral miteinander verbunden. Der Magnet 3 weist, wie in 2 gezeigt, eine Dicke h auf, welche von Verbindungsstellen 3c zwischen dem N-Pol 3a und dem S-Pol 3b aus zu Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b hin abnimmt.
Das Joch 4 ist von ringförmiger Gestalt und aus vier Segmenten 4a bis 4b (nachstehend auch als ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Jochsegment bezeichnet) aufgebaut, welche in einem Kreis um den Rand des Magneten 3 herum durch Luftspalte 41, die näherungsweise 90° voneinander entfernt liegen, angeordnet sind. Das Joch 4 weist, wie in 1(a) gezeigt, eine Dicke auf, die größer ist als die des Magneten 3. Die Umfangsmittellinie des Jochs 4 (d. h., eine Linie, die sich durch die Mitte der Dicke des Jochs 4 hindurch erstreckt) fällt mit der des Magneten 3 über den gesamten Umfang hiervon zusammen. In anderen Worten, der Magnet 3 und das Joch 4 sind so angeordnet, daß eine auf der Umfangsmittellinie des Magneten 3 in einer Dickenrichtung hiervon definierte Ebene mit jener zusammenfällt, die auf der Umfangsmittellinie des Jochs 4 in einer Dickenrichtung hiervon definiert ist.
Der Magnetsensor 5 ist aus einem ersten Sensorelement 5a und einem zweiten Sensorelement 5b aufgebaut. Das erste Sensorelement 5a ist innerhalb des Spalts 41 zwischen dem ersten und dem vierten Jochsegment 4a und 4b angeordnet. Das zweite Sensorelement 5b ist innerhalb des Spalts 41 zwischen dem ersten und dem zweiten Jochsegment 4a und 4d angeordnet. Das erste und das zweite Element 5a und 5b arbeiten, um einen in den Spalten 41 entwickelten magnetischen Fluss so zu messen, daß sie jeweils die Dichte des magnetischen Flusses angeben. Das erste und das zweite Sensorelement 5a und 5b sind von dem Joch 4 getrennt und jeweils beispielsweise durch einen Hall-Sensor, einen Hall-IC oder eine magneto-resistive Vorrichtung, die so arbeitet, daß sie ein elektrisches Signal (z. B. ein Spannungssignal) als eine Funktion der Dichte eines magnetischen Flusses innerhalb des Spalts 41 an die Winkellageberechnungsschaltung 6 ausgibt, implementiert.
Die Winkellageberechnungsschaltung 6 arbeitet, um eine Winkellage (d. h. einen Absolutwinkel) der Drehwelle 2 unter Verwendung der von dem ersten und dem zweiten Sensorelement 5a und 5b ausgegebenen elektrischen Signale zu bestimmen. Insbesondere kombiniert oder verbindet die Winkellageberechnungsschaltung 6 die Ausgänge des ersten und des zweiten Sensorelements 5a und 5b miteinander, um die Winkellage der Drehwelle 2 über 90° zu bestimmen.
Die Dichte des durch den Magneten 3 erzeugten magnetischen Flusses wird nachstehend beschrieben werden.
Die Dicke h des Magneten 3 nimmt, wie oben beschrieben, von den Verbindungsstellen 3c zwischen den Enden des N-Pols 3a und den Enden des S-Pols 3b aus zu den Umfangsmitten hiervon hin ab, sodass die Dicke der Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b kleiner ist als die der Verbindungsstellen 3c. Insbesondere ist eine Fläche einer Randoberfläche um die Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b des Magneten 3 kleiner als in dem Fall, daß die Dicke h über den gesamten Umfang des Magneten konstant ist. In anderen Worten, der Betrag eines in der Radiusrichtung des Magneten 3 von den Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b her, welche die größte magnetische Flussdichte aufweisen, erzeugten magnetischen Flusses ist verringert. Dies bewirkt, daß ein Gesamtbetrag eines magnetischen Flusses um die Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b des Magneten 3 herum nahezu gleichförmig ist. Eine Drehung des Magneten 3 (d. h. der Drehwelle 2) wird bewirken, daß sich der Betrag des durch jedes der Sensorelemente 5a und 5b des Magnetsensors 5 fließenden magnetischen Flusses zyklisch in der Form einer Welle ändert, wie in 3(b) gezeigt. Der Betrag des magnetischen Flusses innerhalb eines Bereichs X (d. h., um die Umfangsmitte des N-Pols 3a herum) ist im Wesentlichen identisch mit dem innerhalb eines Bereichs Y (um die Umfangsmitte des N-Pols 3b herum).
Eine Abnahme in der Dicke h des Magneten 3 von den Verbindungsstellen 3c zwischen dem N-Pol 3a und dem S-Pol 3b aus ist so ausgewählt, daß der Betrag eines von einer Stelle um jede der Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b herum erzeugten magnetischen Flusses im Wesentlichen konstant ist.
Eine Änderung der magnetischen Flussdichte, wie sie durch den Magnetsensor 5 gemessen wird, wenn sich die Drehwelle 2 in einer Umfangsrichtung hiervon dreht, wird nachstehend mit Bezug auf 4(a) bis 4(d) beschrieben werden.
Wenn die Drehwelle 2, wie in 4(a) gezeigt, sich in einer Winkellage I von Null (0°) befindet, fließt kein magnetischer Fluss durch den Spalt 41 zwischen dem ersten und dem vierten Jochsegment 4a und 4d, sodass die magnetische Flussdichte Null (0) zeigt, während eine maximale magnetische Flussdichte einer negativen Polarität in dem Spalt 41 zwischen dem ersten und dem zweiten Jochsegment 4a und 4b entwickelt wird. Das erste und das zweite Sensorelement 5a und 5b geben Spannungssignale aus, die Pegel auf einer gestrichelten Linie I aufweisen, wie in 4(d) gezeigt.
Wenn sich die Drehwelle 2 um 90° im Uhrzeigersinn von der Winkellage I in eine Winkellage II dreht, wie in 4(b) gezeigt, bewirkt dies, daß in dem Spalt 41 zwischen dem ersten und dem vierten Jochsegment 4a und 4d eine maximale magnetische Flussdichte einer positiven Polarität entwickelt wird, während durch den Spalt 41 zwischen dem ersten und dem zweiten Jochsegment 4a und 4b kein magnetischer Fluss fließt. Das erste und das zweite Sensorelement 5a und 5b geben Spannungssignale aus, welche Pegel auf einer gestrichelten Linie II aufweisen, wie in 4(d) gezeigt.
Wenn sich die Drehwelle 2 weiter um 90° im Uhrzeigersinn von der Winkellage II in eine Winkellage III dreht, wie in 4(c) gezeigt, bewirkt dies, daß in dem Spalt 41 zwischen dem ersten und dem zweiten Jochsegment 4a und 4b eine maximale magnetische Flussdichte der positiven Polarität entwickelt wird. Das erste und das zweite Sensorelement 5a und 5b geben Spannungssignale aus, welche Pegel auf einer gestrichelten Linie III aufweisen, wie in 4(d) gezeigt.
Der Betrag des um jede der Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b herum fließenden magnetischen Flusses ist, wie oben beschrieben, im Wesentlichen konstant, was bewirkt, daß sich die magnetische Flussdichte innerhalb der Spalte 41 zwischen dem ersten und dem vierten Jochsegment 4a und 4d und zwischen dem ersten und dem zweiten Jochsegment 4a und 4b während einer Drehung der Drehwelle 2 mit einer konstanten Rate ändert, sodass das erste und das zweite Sensorelement 5a und 5b die Spannungssignale ausgeben, wie durch durchgezogene Linien in 4(d) angegeben.
5 zeigt ein Flussdiagramm logischer Schritte oder eines Programms, welches durch die Winkellageberechnungsschaltung 6 des Winkellagedetektors 1 ausgeführt wird bzw. werden. In der nachstehenden Diskussion werden Spannungsausgänge des ersten und des zweiten Sensorelements 5a und 5b jeweils durch Va und Vb bezeichnet, und eine Ausgangsspannung der Winkellageberechnungsschaltung 6 wird mit Vout angegeben.
Nach Eintritt in das Programm schreitet die Routine zu Schritt 1 fort, in welchem bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Va größer als 3,0V ist oder nicht. Falls eine Antwort JA erhalten wird (Va > 3,0V), schreitet die Routine zu Schritt 6 fort, in welchem die Ausgangsspannung Vout gemäß einer Beziehung von Vout = 1+Vb bestimmt wird, und kehrt zu Schritt 1 zurück.
Falls andererseits eine Antwort NEIN erhalten wird (Va ≤ 3,0V), dann schreitet die Routine zu Schritt 2 fort, in welchem bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Va kleiner als 2,0V ist oder nicht. Falls eine Antwort JA erhalten wird (Va < 2,0V), schreitet die Routine zu Schritt 7 fort, in welchem die Ausgangsspannung Vout gemäß einer Beziehung von Vout = 4-Vb bestimmt wird, und kehrt zu Schritt 1 zurück.
Falls andererseits eine Antwort NEIN erhalten wird (Va ≥ 2,0V), schreitet die Routine zu Schritt 3 fort, in welchem bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Va kleiner als 2,4V ist oder nicht. Falls eine Antwort JA erhalten wird (Va < 2,4V), schreitet die Routine zu Schritt 8 fort, in welchem die Ausgangsspannung Vout gemäß einer Beziehung von Vout = Va bestimmt wird, und kehrt zu Schritt 1 zurück.
Falls andererseits eine Antwort NEIN erhalten wird (Va ≥ 2,4V), schreitet die Routine zu Schritt 4 fort, in welchem bestimmt wird, ob die Ausgangsspannung Vb größer als 2,6V ist und der Spannungsausgang Va kleiner als 2,5V ist oder nicht. Falls eine Antwort JA erhalten wird (Vb > 2,6V und Va < 2,5V), schreitet die Routine zu Schritt 9 fort, in welchem die Ausgangsspannung Vout gemäß einer Beziehung von Vout = 3-Va bestimmt wird, und kehrt zu Schritt 1 zurück.
Falls dagegen in Schritt 4 eine Antwort NEIN erhalten wird, schreitet die Routine zu Schritt 5 fort, in welchem bestimmt wird, ob die Ausgangsspannung Vb größer als 2,6V ist und die Ausgangsspannung Va größer als oder gleich 2,5V ist oder nicht. Falls eine Antwort JA erhalten wird, schreitet die Routine zu Schritt 10 fort, in welchem die Ausgangsspannung Vout gemäß einer Beziehung von Vout = 7-Va bestimmt wird, und kehrt zu Schritt 1 zurück.
Falls andererseits in 5 Schritt eine Antwort NEIN erhalten wird, schreitet die Routine zu Schritt 11 fort, in welchem die Ausgangsspannung Vout gemäß einer Beziehung von Vout = 0 bestimmt wird, und kehrt zu Schritt 1 zurück.
6 zeigt die Ausgangsspannung Vout der Winkellageberechnungsschaltung 6, wie in den vorgenannten Operationen abgeleitet, welche sich mit einer konstanten Rate über einen Winkelbereich von 360° (d. h., -180° bis +180°) der Drehwelle 2 ändert. Insbesondere arbeitet die Winkellageberechnungsschaltung 6 so, daß sie eine absolute Winkellage der Drehwelle 2 über den vollständigen Winkelbereich hiervon ausgibt.
Der Aufbau des Winkellagedetektors 1 dieser Ausführungsform bietet, wie aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich, die nachstehenden Wirkungen.
Die Dicke h des Magneten 3 ist so ausgewählt, daß sie von den Verbindungsstellen 3c zwischen den Enden des N-Pols 3a und den Enden des S-Pols 3b aus zu den Umfangsmitten hiervon hin abnimmt, sodass die Fläche der Randoberfläche um die Umfangsmitte sowohl des N-Pols 3a als auch des S-Pols 3b herum am kleinsten sein wird. Dies bewirkt, daß die Dichte des aus der Randoberfläche um die Umfangsmitte sowohl des N-Pols 3a als auch des S-Pols 3b herausfließenden magnetischen Flusses konstant ist, sodass der Betrag des magnetischen Flusses innerhalb der Spalte 41 während einer Drehung der Drehwelle 2 sich mit einer im wesentlichen konstanten Rate ändert. Insbesondere arbeitet sowohl das erste als auch das zweite Sensorelement 5a und 5b so, daß es ein Spannungssignal als eine Funktion der magnetischen Flussdichte innerhalb des Spalts 41 ausgibt, welches eine höherer Linearität zeigt.
Der Magnet 3 ist so ausgelegt, daß er den magnetischen Fluss in der Radiusrichtung hiervon erzeugt, welcher sich, wie in 3(b) gezeigt, in der Form einer Rechteckwelle ändert, was bewirkt, daß der Magnetsensor 5 die magnetische Flussdichte, die sich im Wesentlichen in der Form einer Sägezahnwelle ändert, erfasst. Dies ermöglicht, daß die Winkellageberechnungsschaltung 6 die Winkellage der Drehwelle 2 unter Verwendung einfacher Operationen wie etwa einer Additions-, Substraktions-, Multiplikations- oder Divisionsoperation oder eine Kombination hiervon ohne Durchführung von Hochlastoperationen wie etwa Operationen trigonometrischer Funktionen korrekt zu bestimmen.
Das Joch 4 weist eine Dicke auf, die, wie in 1(a) gezeigt, größer ist als die des Magneten 3. Die Umfangsmittellinie des Jochs fällt mit der des Magneten 3 über den gesamten Umfang hiervon zusammen. Dieser Aufbau ermöglicht es, daß die Drehwelle 2, an welcher der Magnet 3 befestigt ist, in der Längsrichtung hiervon innerhalb eines Bereichs, in welchem der Magnet 3 innerhalb gegenüberliegender Endoberflächen des Jochs 4 (d. h., oberer und unterer Endoberflächen, wie in 1(a) gesehen) in der Längsrichtung der Drehwelle 2 liegt, verschoben wird, wodurch der Betrag eines nach außerhalb des Jochs 4 abfließenden magnetischen Flusses, d. h., eine Änderung in der durch den Magnetsensor 5 zu messenden magnetischen Flussdichte, verringert wird.
Die Winkellageberechnungsschaltung 6 ist so ausgelegt, daß sie von den Sensorelementen 5a und 5b des Magnetsensors 5 ausgegebene elektrische Signale kombiniert, wodurch ermöglicht wird, daß ein eine Winkellage angebendes analoges Signal über einen Bereich von 90° oder mehr erzeugt wird.
Die im Vergleich mit der Ausgangsspannung des Magnetsensors 5 in dem Flussdiagramm von 5 eingesetzten Schwellenspannungen sind lediglich Referenzwerte und ändern sich vorzugsweise in Übereinstimmung mit dem Betrag eines Ausgangs des Magnetsensors 5.
7(a) und 7(b) zeigen den Winkellagedetektor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Das Joch 4 ist, anders als in der ersten Ausführungsform, aus einem einstückigen Ring hergestellt, welcher vier mit einem Winkelabstand von 90° in einer Umfangsrichtung hiervon ausgebildete Ausnehmungen 42 aufweist, um die Spalte 41 zu erzeugen. Die Ausbildung der Ausnehmungen 42 kann durch Schleifen erreicht werden.
Der Aufbau dieser Ausführungsform ermöglicht eine Vereinfachung einer Positionierung des Jochs 4 um den Magneten 3 herum und führt zu einer Abnahme der den Winkellagesensor bildenden Teile.
Das Schleifen des Jochs 4, um die Ausnehmungen 42 auszubilden, dient dazu, eine Ortsverschiebung der Spalte 41 in der Umfangsrichtung des Jochs 4 und/oder einen Maßfehler der Ausnehmungen 42 oder der Spalte 41 der Umfangsrichtung des Jochs 4 zu minimieren.
Andere Anordnungen sind identisch mit denen der ersten Ausführungsform, und eine Erläuterung hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
8(a) und 8(b) zeigen den Winkellagesensor 1 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. 8(a) ist eine Schnittansicht entlang der Länge der Drehwelle 2, welche den Winkellagedetektor 1 zeigt. 8(b) ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 8(a).
Der Winkellagedetektor 1 beinhaltet eine ringförmige magnetische Abschirmung 7, innerhalb welcher der Magnet 3, das Joch 4, der Magnetsensor 5 und die Winkellageberechnungsschaltung 6 angeordnet sind. Der Abstand zwischen dem äußeren Rand des Jochs 4 und der magnetischen Abschirmung 7 ist auf einen größeren Wert als die Länge L der Spalte 41 in der Umfangsrichtung des Jochs 4 festgelegt, wie in 8(b) gezeigt, wodurch ein Abfließen eines magnetischen Flusses von dem Joch 4 zu der magnetischen Abschirmung 7 minimiert wird.
Der Magnetsensor 5 weist, wie in 8(a) gezeigt, Anschlüsse auf, welche sich parallel zu der Länge der Drehwelle 2 erstrecken und mit der Winkellageberechnungsschaltung 6 verbunden sind. Die Winkellageberechnungsschaltung 6 führt durch ein Kabelbündel 8 zu einem externen Mikrocomputer (nicht gezeigt).
Die magnetische Abschirmung 7, die das Joch 4 umgibt, wie in 9 gezeigt, arbeitet so, daß die das Joch 4 vor dem um den Winkellagedetektor 1 herum fließenden magnetischen Fluss 10 schützt, wodurch nachteilige Wirkungen des magnetischen Flusses 10 auf die Dichte des magnetischen Flusses innerhalb der Spalte 41 beseitigt werden.
Der Magnetsensor 5 kann ersatzweise Anschlüsse aufweisen, welche sich, wie in 10 gezeigt, in der Radiusrichtung des Jochs 4 erstrecken und mit der Winkellageberechnungsschaltung 6 verbunden sind.
Andere Anordnungen sind mit denen in der ersten Ausführungsform identisch, und eine Erläuterung hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
11 zeigt eine vierte Ausführungsform, in welcher der Winkellagedetektor 1 der ersten Ausführungsform in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung 11 für Kraftfahrzeuge, die zur Unterstützung der manuellen Lenkung von Laufrädern des Fahrzeugs arbeitet, eingebaut ist. Selbstverständlich kann in dieser Ausführungsform ersatzweise der Winkellagedetektor 1 entweder der ersten oder der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden.
Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 11 beinhaltet eine Eingangswelle 11a, eine Ausgangswelle 11b, einen Torsionsstab 11c, einen Drehmomentsensor 11d, ein in der Winkellageberechnungsschaltung 6 eingebautes Steuergerät, einen Elektromotor 11e, eine Drehmomentübertrager 11f und ein Gehäuse 11g. Die Eingangswelle 11a ist mit einem Lenkrad des Fahrzeugs verbunden. Die Ausgangswelle 11b ist mit lenkbaren Laufrädern des Fahrzeugs verbunden. Der Torsionsstab 11c verbindet die Eingangs- und die Ausgangswelle 11a und 11b miteinander. Der Drehmomentsensor 11d arbeitet, um eine Lenkkraft oder ein Drehmoment, welche auf das Lenkrad aufgebracht wird, zu messen. Das Steuergerät arbeitet, um ein Sollhilfslenkmoment als eine Funktion eines Ausgangs des Drehmomentsensors 11d zu bestimmen. Der Elektromotor 11e arbeitet, um das durch das Steuergerät bestimmte Sollhilfslenkmoment zu erzeugen. Der Drehmomentübertrager 11f arbeitet so, daß er die Drehzahl einer Ausgangswelle des Elektromotors 11e herabzusetzt, um das durch den Elektromotor 11e ausgegebene Drehmoment zu erhöhen, und es auf die Ausgangswelle 11b überträgt. Das Gehäuse 11g deckt den Drehmomentübertrager 11f ab.
Der Winkellagesensor des Winkellagedetektors 1 ist um die Eingangswelle 11a herum eingebaut. Die Winkellageberechnungsschaltung 6 ist an dem Gehäuse 11g befestigt und empfängt Ausgänge des Winkellagesensors und des Drehmomentsensors 11d. Die Winkellageberechnungsschaltung 6 arbeitet, um eine Winkellage der Eingangswelle 11a (d. h., einen Lenkwinkel des Lenkrads des Fahrzeugs) als eine Funktion des Ausgangs des Winkellagesensors (d. h., des Magnetsensors 5) zu bestimmen.
12(a) und 12(b) zeigen den Magneten 3 des Winkellagesensors 11 gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen, wie sie in den vorstehenden Ausführungsformen eingesetzt wurden, beziehen sich auf die gleichen Teile. 12(a) stellt ein Beispiel dar, in welchem der Magnet 3 entlang einer sich durch die Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b hindurch erstreckenden Linie verlängert ist. 12(b) stellt ein anderes Beispiel dar, in welchem der Magnet 3 senkrecht zu der sich durch die Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b erstreckenden Linie verlängert ist.
Der Magnet 3, wie er in jeder der 12(a) und 12(b) dargestellt ist, ist aus einem ovalen Ring gebildet und weist die Breite F in der Radiusrichtung hiervon auf, welche sich von den Verbindungsstellen 3c zwischen dem N-Pol 3a und dem S-Pol 3b aus zu den Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b hin allmählich verringert. Insbesondere ist die Breite F der Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b kleiner als die der Verbindungsstellen 3c, in anderen Worten, das Volumen der Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b ist geringer als das der Verbindungsstellen 3c. Dies bewirkt, daß eine Gesamtmenge des magnetischen Flusses wie in der ersten Ausführungsform um die Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b des Magneten 3 herum nahezu gleichförmig ist. Eine Drehung des Magneten 3 (d. h., der Drehwelle 2) wird bewirken, daß der Betrag des durch jedes der Sensorelemente 5a und 5b des Magnetsensors 5 fließenden magnetischen Flusses zyklisch in der Form einer Welle ändert, wie in 3(b) gezeigt. Der Betrag des magnetischen Flusses innerhalb eines Bereichs X (d. h., um die Umfangsmitte des N-Pols 3a herum) ist im Wesentlichen identisch mit dem innerhalb eines Bereichs Y (d. h., um die Umfangsmitte des N-Pols 3b herum).
13(a) und 13(b) zeigen eine Modifikation des Winkellagesensors des Winkellagedetektors 1. Der Magnet 3 weist den N-Pol 3a und den S-Pol 3b so auf, daß sie jeweils in der Dickenrichtung hiervon (d. h., der Längsrichtung der Drehwelle 2) gegenüberliegen. Der Magnet 3 weist die Dicke und die Breite auf, die über den Umfang hiervon einheitlich sind. Sowohl der N-Pol 3a als auch der S-Pol 3b ist über den gesamten Umfang des Magneten 3 in der Dicke gleichmäßig. Unterjoche 44a und 44b, welche aus einem bogenförmigen weichmagnetischen Bauteil mit einem L-förmigen Querschnitt hergestellt sind, sind, wie in 13(b) gezeigt, an Enden des N-Pols 3a und des S-Pols 3b des Magneten 3 in einer diagonal gegenüberliegenden Beziehung so angeordnet, daß sie Abschnitte des Rands des Magneten 3 umgeben. Die Unterjoche 44a und 44b arbeiten, um einen aus dem Magneten 3 in der Radiusrichtung hiervon herausfließenden magnetischen Fluss zu mitteln, um einen im wesentlichen einheitlichen Betrag eines magnetischen Flusses zu erzeugen. Andere Anordnungen sind mit denen in der ersten Ausführungsform identisch, und eine Erläuterung hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
14 zeigt eine andere Modifikation des Winkellagesensors des Winkellagedetektors 1. Der Magnet 3 ist über den Umfang hiervon in Dicke und Breite gleichmäßig. Der Magnet 3 weist den N-Pol 3a und den S-Pol 3b auf, welche sich jeweils wie in der ersten Ausführungsform diametral über die Mitte des Magneten 3 gegenüberliegen. Insbesondere reichen der N-Pol 3a und der S-Pol 3b jeweils über 180° des Umfangs des Magneten 3. Die Unterjoche 44a und 44b sind auf dem Rand des Magneten 3 nahe den Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b angeordnet und arbeiten so, daß sie wie die in 13(a) und 13(b) einen Betrag eines magnetischen Flusses so regulieren, daß er um die Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b des Magneten 3 herum im Wesentlichen gleichmäßig ist. Andere Anordnungen sind identisch mit denen in der ersten Ausführungsform, und einer Erläuterung hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
15(a) und 15(b) zeigen den Winkellagesensor des Winkellagedetektors 1 gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung.
Der Magnet 3 ist aus zwei bogenförmigen, miteinander verbundenen magnetischen Elementen hergestellt, von denen jedes den N-Pol 3a und den S-Pol 3b einander gegenüberliegend in der Dickenrichtung hiervon (d. h., der Längsrichtung der Drehwelle 2) aufweist. Der N-Pol 3a und der S-Pol 3b sind über den Umfang der bogenförmigen magnetischen Bauteile einheitlich. Der Magnet 3 weist auch insgesamt den N-Pol 3a und den S-Pol 3b jeweils gegenüberliegend in der Radiusrichtung hiervon auf. Der Innendurchmesser des Magneten 3 ist, wie aus 15(a) ersehen werden kann, größer als der des Jochs 4, während der Außendurchmesser des Magneten kleiner ist als der des Jochs 4. Der Magnet 3 steht, wie in 15(b) klar dargestellt, an einer Endoberfläche hiervon einer Endoberfläche des Jochs 4 gegenüber. Andere Anordnungen sind identisch mit denen in der ersten Ausführungsform, und eine Erläuterung hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
Das Joch 4 in jeder der ersten bis vierten Ausführungsform ist aus vier Segmenten hergestellt, kann aber ersatzweise, wie in 16(a) und 16(b) gezeigt, aus zwei bogenförmigen Segmenten 4e und 4f gebildet sein. Die Jochsegmente 4e und 4f stehen aneinander an Enden hiervon durch die 180° voneinander entfernt angeordneten Spalte 41 gegenüber. Ein Magnetsensorelement 5c ist innerhalb eines der Spalte 41 angeordnet. Das Joch 4 kann ersatzweise aus mehr als vier Segmenten gebildet sein. Andere Anordnungen sind identisch mit denen in der ersten Ausführungsform, und eine Erläuterung hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
Der Winkellagedetektor 1 der siebten Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf 17 bis 22 beschrieben werden.
17 zeigt ideale Wellenformen der Ausgangsspannungen Va und Vb der Sensorelemente 5a und 5b des Magnetsensors 5. 18 zeigt eine ideale Ausgangsspannung VI der Winkellageberechnungsschaltung 6.
Die Wellenform der Ausgangsspannung Va des Sensorelements 5a in einem Winkelbereich einer vollständigen Drehung der Drehwelle 2 (d. h., -180° bis +180°) beinhaltet gerade Segmente Val1, Val2 und Val3. Die Wellenform der Ausgangsspannung 5b des Sensorelements 5b in dem Winkelbereich einer vollständigen Drehung der Drehwelle 2 beinhaltet gerade Segmente Vbl1 und Vbl2. Die Ausgangsspannungen Va und Vb sind im Wesentlichen von dreieckiger bzw. Sägezahngestalt und um 90° zueinander phasenverschoben. Die Winkellageberechnungsschaltung 6 arbeitet, um die Operationen, wie sie in den ersten Ausführungsformen diskutiert wurden, auszuführen, um Vorzeichen von Inklinationen der geraden Segmente Val1, Val2, Val3, Vbl1 und Vbl2 in Übereinstimmung miteinander zu bringen und sie parallel zu verschieben, um eine gerade Linie zu bilden, wie in 18 gezeigt, welche aus einer Kombination der geraden Segmente Val1, Val2, Val3, Vbl1 und Vbl2 gebildet ist. Dies ermöglicht, daß die absolute Winkellage der Drehwelle über einen Winkelbereich von 360° korrekt bestimmt werden kann.
Der Magnetsensor 5 arbeitet, wie zuvor beschrieben, so, daß er den Betrag des von dem Magneten 3 erzeugten magnetischen Flusses als die magnetische Flussdichte misst. Üblicherweise liegt eine Variation im Betrag des von dem Magneten 3 erzeugten magnetischen Flusses aufgrund eines geometrischen Herstellungsfehlers hiervon vor, was in Abweichungen in den Ausgangsspannungen Va und Vb der Sensorelemente 5a und 5b des Magnetsensors 5 resultieren wird. Die Abweichungen in den Ausgangsspannungen Va und Vb werden zu einer Abweichung in der Ausgangsspannung VI der Winkellageberechnungsschaltung 6 führen. Insbesondere kann es sein, daß der Pegel der an einem Ende jedes der geraden Elemente Val1, Val2, Val3, Vbl1 und Vbl2 (d. h., an jedem von Punkten P1, P2, P3 und P4 der geraden Segmente Val1, Val2, Val3, Vbl1 und Vbl2) auftretenden Spannung nicht mit dem eines benachbarten der geraden Segmente Val1, Val2, Val3, Vbl1 und Vbl2 zusammenfällt, was zu Verschiebungen zwischen den geraden Elementen Val1, Val2, Val3, Vbl1 und Vbl2 auf der Linie von 18 führt.
Um das vorgenannte Problem zu vermeiden, ist die Winkellageberechnungsschaltung 6 dieser Ausführungsform so ausgelegt, daß sie Ausgangsspannungen Va und Vb der Sensorelemente 5a und 5b des Magnetsensors wie nachstehend diskutiert korrigiert, um die Linearität der Wellenform der Ausgangsspannung VI der Winkellageberechnungsschaltung 6 sicherzustellen.
19 zeigt tatsächliche Beispiele periodischer Wellen der Ausgangsspannungen Va und Vb der Sensorelemente 5a und 5b des Magnetsensors 5. 20 zeigt eine Ausgangsspannung LH der Winkellageberechnungsschaltung 6 in dem Fall, daß die geraden Segmente Val1, Val2, Val3, Vbl1 und Vbl2 (wie in der Zeichnung durch La1, La2, La3, Lb1 und Lb2 ausgedrückt) der Wellenformen der Ausgangsspannungen Va und Vb nicht aneinander ausgerichtet sind. 21 zeigt die Ausgangsspannung LH der Winkellageberechnungsschaltung 6 nach Korrektur der an den Punkten P1, P2, P3 und P4 der gerade Segmente La1, La2, La3, Lb1 und Lb2 auftretenden Spannungen. 22 ist ein Flussdiagramm logischer Schritte oder eines Programms, das bzw. die durch die Winkellageberechnungsschaltung 6 durchgeführt wird bzw. werden, um die Linearität der Wellenform der Ausgangsspannung LH sicherzustellen.
Nach Eintritt in das Programm schreitet die Routine zu Schritt 100 fort, in welchem zwei Schnittpunkte Xmax und Xmin, wie in 19 gezeigt, der Wellenformen der Ausgangsspannungen Va und Vb, die aus einer 90°-Phasenverschiebung hiervon resultieren, gefunden werden, um Ausgangsspannungen VXH und VHL, die an den Schnittpunkten Xmax und Xmin auftreten, zu bestimmen.
Die Routine schreitet zu Schritt 101 fort, in welchem eine mittlere Spannung VXM zwischen den Ausgangsspannungen VXH und VXL, wie in Schritt 100 bestimmt, gemäß einer nachstehenden Gleichung berechnet wird. $VXM = (VXH + VXL) / 2$
Die Routine schreitet zu Schritt 102 fort, in welchem die gleichen Operationen wie die in 5 ausgeführt werden, um Orte (d. h. Spannungen) von Enden der geraden Segmente La1, La2, La3, Lb1 und Lb2, wie in 20 dargestellt, die miteinander zu verbinden sind (d. h. die Verbindungspunkte P1, P2, P3 und P4), zu bestimmen. Bei Ausführung des Programms von 5 wird 3,0V in Schritt 1 durch die Ausgangsspannung VXH ersetzt, 2,0V in Schritt 2 wird durch die Ausgangsspannung VXL ersetzt, und 2,5V in Schritt 4 wird durch die mittlere Spannung VXM ersetzt.
Eine Art und Weise der Bestimmung der Punkte P1, P2 P3 und P4 wird nachstehend im Detail beschrieben werden.
Jeder der Spannungspegel P10-P17 an Enden der geraden Segmente La1, La2, La3, Lb1 und Lb2, wie in 20 dargestellt, die miteinander zu verbinden sind, wie zuvor beschrieben, ist nicht identisch mit dem eines benachbarten. Daher wird das gerade Segment Lb1 zuerst parallel verschoben, bis eine Differenz zwischen der Spannung P11 des geraden Segments Lb1 und der Spannung P10 des geraden Segments La3 auf null reduziert ist. In anderen Worten, das gerade Segment Lb1 wird verschoben, während eine Inklination hiervon unverändert beibehalten wird, um die Spannung P11 pegelmäßig in Übereinstimmung mit der Spannung P10 des geraden Segments La3 zu bringen. Gleichermaßen wird das gerade Segment La1 parallel verschoben, um die Spannung P13 in Übereinstimmung mit der Spannung P12 des parallel verschobenen geraden Segments Lb1 zu bringen. Das gerade Segment Lb2 wird parallel verschoben, um die Spannung P15 hiervon in Übereinstimmung mit der Spannung P14 des parallel verschobenen gerades Segments La1 zu bringen. Schließlich wird das gerade Segment La2 parallel verschoben, um die Spannung P17 hiervon in Übereinstimmung mit der Spannung P16 des parallel verschobenen geraden Segments Lb2 zu bringen. Dies bildet eine einzige Linie. Die Spannung P18 an dem Ende des geraden Segments La2 nach Parallelverschiebung ist in 21 als eine maximale Spannung P18a dargestellt. Zur Vereinfachung der Sichtbarkeit ist die Maximalspannung P18a in 21 so dargestellt, daß sie viel größer als 4,5V ist.
Als nächstes wird eine gerade Linie LH definiert, wie in 21 gezeigt, welche sich zwischen der minimalen Spannung P9 und der maximalen Spannung P18a an dem parallel verschobenen geraden Segment La2 erstreckt. Ein mittlerer Spannungswert VM zwischen dem Wert VH der maximalen Spannung P18a und dem Wert VL der minimalen Spannung P9 wird aus der nachstehenden Gleichung bestimmt. $VM = (VH + VL) / 2$
Danach schreitet die Routine zu Schritt 103 fort. Der mittlere Spannungswert VM ist nicht immer identisch mit einem mittleren Spannungswert 2,5V auf der idealen geraden Linie VI, wie in 20 und 21 durch eine gestrichelte Linie angegeben. Daher wird ein Mittelspannungskorrekturwert Vofs in Übereinstimmung mit einer nachstehenden Gleichung bestimmt, um den mittleren Spannungswert VM auf 2,5V zu korrigieren. $Vofs = VM - 2,5$
Die Routine schreitet zu Schritt 104 fort. Die Inklination K der sich zwischen der maximalen und der minimalen Spannung P9 und P18a erstreckenden Linie LH ist nicht immer identisch mit einer Inklination der idealen Linie VI. Daher wird ein Inklinationskorrekturwert Kf in Übereinstimmung mit einer nachstehenden Gleichung bestimmt, um die Inklination K in Übereinstimmung mit der der idealen Linie VI zu bringen. $KF = 4 / (VH - VI)$
Die Routine schreitet zu Schritt 104 fort, in welchem eine tatsächliche Ausgangsspannung Vj der Winkellageberechnungsschaltung 6 in Übereinstimmung mit einer nachstehenden Gleichung unter Verwendung des Mittelspannungskorrekturwerts Vofs und des Inklinationskorrekturwerts Kf korrigiert wird, um eine Ausgangsspannung Vout' zu erzeugen. $Vout'= (Vj - 2,5 + Vofs) \times Kf + 2,5$
Die vorstehende Korrektur arbeitet so, daß sie die Ausgangsspannung Vout' der Winkellageberechnungsschaltung 6 nahezu in Übereinstimmung mit einer idealen Ausgangsspannung bringt. Insbesondere wird die aus den geraden Segmenten La1, La2, La3, Lb1 und Lb2 in der Parallelverschiebungsoperation in Schritt 102 gebildete Linie, wie durch eine durchgezogene Linie in 21 angegeben, korrigiert, um nahezu mit der aus Segmenten VaL1, VaL2, VaL3, VbL1 und VbL2 gebildeten idealen Linie VI zu überlappen. Ein Ausgangsspannungsbereich der Winkellageberechnungsschaltung 6 wird auch auf einen idealen Ausgangsspannungsbereich von 0,5V bis 4,5V eingestellt. Die vorstehenden Operationen ermöglichen der Winkellageberechnungsschaltung 6, so zu arbeiten, daß sie eine absolute Winkellage der Drehwelle 2 über einen vollständigen Bereich von 360° mit minimalen Fehlern misst.
Wie aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich, unterscheiden sich Korrekturwerte, die zur Verbindung der geraden Segmente La1, La2, La3, Lb1 und Lb2 an den Punkten P1, P2, P3 und P4 in der Parallelverschiebungsoperation in Schritt 102 verwendet werden, voneinander, was zu einer erhöhten Betriebslast der Winkellageberechnungsschaltung 6 führt. Üblicherweise bleibt ein Lenkrad von Kraftfahrzeugen die meiste Zeit in einer Neutralstellung (Winkellage von Null (0°)). Daher wird in einem Fall, in welchem der Winkellagedetektor 1 in der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 11 für Kraftfahrzeuge von 11 eingebaut ist, eine Abnahme der Anzahl von Operationen zur Bestimmung der Punkte P1, P2, P3 und P4, in anderen Worten, eine Abnahme der Betriebslast der Winkellageberechnungsschaltung 6 dadurch erreicht, daß Winkellagen der Punkte P1, P2, P3 und P4 auf irgendwelche sich von der Neutralstellung des Lenkrads unterscheidende Winkellagen festgelegt werden. Die Festlegung der Winkellagen der Punkte P1, P2, P3 und P4 auf irgendwelche Winkellagen, die sich von der Neutralstellung des Lenkrads unterscheiden, wird durch Bewegung des Magneten 3 in einer Umfangsrichtung der Drehwelle 2 (d. h. der Lenkwelle) nach Einbau der Drehwelle 2 erreicht.
Die Wellenformen der Ausgangsspannungen Va und Vb der Sensorelemente 5a und 5b, wie in 19 dargestellt, werden nicht verändert. Eine weitere Abnahme der Betriebslast der Winkellageberechnungsschaltung 6 kann dadurch erreicht werden, daß das Lenkrad einmal um 360° entweder um Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, um den Mittelspannungskorrekturwert Vofs und den Inklinationskorrekturwert Kf als feststehende Anfangswerte zu bestimmen.
Der Winkellagedetektor 1 der achten Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf 23 beschrieben werden.
23 zeigt tatsächliche und ideale periodische Wellenformen der Ausgangsspannungen Va und Vb der Sensorelemente 5a und 5b des Magnetsensors 5.
Üblicherweise nimmt der Betrag des durch den Magneten 3 erzeugten magnetischen Flusses mit einem Anstieg der Umgebungstemperatur allmählich ab, was zu einer Abnahme in einer durch die Sensorelemente 5a und 5b zu messenden magnetischen Flussdichte führt. Dies wird bewirken, daß die Ausgangsspannungen Va und Vb der Sensorelemente 5a und 5b abfallen. Um dieses Problem zu beseitigen, ist der Winkellagedetektor 1 dieser Ausführungsform so ausgelegt, daß er die Abfälle in Ausgangsspannungen Va und Vb der Sensorelemente 5a und 5b, die von einem Anstieg in der Umgebungstemperatur herrühren, kompensiert. Diese Kompensation wird nachstehend im Detail beschrieben werden.
In 23 repräsentieren gestrichelte Linien Vam und Vbm jeweils die idealen Wellenformen der Ausgangsspannungen Va und Vb. Durchgezogene Linien Vaj und Vbj repräsentieren jeweils die tatsächlichen Wellenformen der Ausgangsspannungen Va und Vb.
Der Magnetsensor ist mit einem Temperatursensor (nicht gezeigt) ausgestattet, welcher arbeitet, um die Temperatur um den Magnetsensor 5 herum zu messen. Einige erhältliche Hall-Sensoren sind mit einer Temperaturausgleichsfunktion ausgestattet. Das erste und das zweite Sensorelement 5a und 5b dieser Ausführungsform sind jeweils durch den Hall-Sensor implementiert. Insbesondere weisen das erste und das zweite Sensorelement 5a und 5b eine Temperatur-zu-Korrekturwert-Karte hierin installiert auf, welche verwendet wird, um die tatsächlichen Ausgangsspannungen Vaj und Vbj der Sensorelemente 5a und 5b jeweils in Übereinstimmung mit den idealen Ausgangsspannungen Vam und Vbm zu bringen. Die Temperatur-zu-Korrekturwert-Karte ist im Hinblick auf den Typ des Magneten 3 und/oder den Betrag des durch den Magneten 3 erzeugten magnetischen Flusses vorgewählt.
Insbesondere überwacht der Magnetsensor 5 die Umgebungstemperatur, wählt Korrekturwerte aus der Temperatur-zu-Korrekturwert-Karte aus und korrigiert die tatsächlichen Ausgangsspannungen Vaj und Vbj jeweils in Übereinstimmung mit den idealen Ausgangsspannungen Vam und Vbm, wodurch die Abfälle in Ausgangsspannungen Va und Vb der Sensorelemente 5a und 5b aufgrund einer Temperaturcharakteristik des Magneten 3 ausgeglichen werden.
Anstelle einer Kompensation der Abfälle in Ausgangsspannungen Va und Vb der Sensorelemente 5a und 5b in diesen selbst kann die Winkellageberechnungsschaltung 6 so ausgelegt sein, daß sie, wie nachstehend diskutiert, Operationen durchführt, um die tatsächlichen Ausgangsspannungen Vaj und Vbj jeweils in Übereinstimmung mit den idealen Ausgangsspannungen Vam und Vbm zu bringen. Insbesondere werden Maximalwerte Vammax und Vbmmax sowie Minimalwerte Vammin und Vbmmin der idealen Ausgangsspannungen Vam und Vbm in der Winkellageberechnungsschaltung 6 im Voraus gespeichert. Die Winkellageberechnungsschaltung 6 berechnet Differenzen Hmax zwischen einem Maximalwert Vajmax der tatsächlichen Ausgangsspannung Vaj und Vammax und zwischen einem Maximalwert Vbjmax der tatsächlichen Ausgangsspannung Vbj und Vbmmax und Differenzen Hmin einem Minimalwert Vajmin der tatsächlichen Ausgangsspannung Vaj und Vammin und zwischen einem Minimalwert Vbjmin der tatsächlichen Ausgangsspannung Vbj und Vbmmin und korrigiert die Maximalwerte Vajmax und Vbjmax und die Minimalwerte Vajmin und Vbjmin der tatsächlichen Ausgangsspannungen Vaj und Vbj unter Verwendung der Differenzen Hmax und Hmin, um die tatsächlichen Ausgangsspannungen Vaj und Vbj in Übereinstimmung mit den idealen Ausgangsspannungen Vam und Vbm zu bringen.
Der Winkellagedetektor 1 gemäß der neunten Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf 24(a), 24(b) und 25 beschrieben werden. 24(a) zeigt den Winkellagesensor des Winkellagedetektors 1 mit dem Magneten 3 ausgestattet, wie in 12(b) dargestellt. 24(b) zeigt den Winkellagesensor des Winkellagedetektors 1 mit dem Magneten 3 dieser Ausführungsform ausgestattet. In 24(b) gibt eine gestrichelte Linie ein Profil des Magneten 3 von 24(a) an. 25 zeigt eine periodische Welle, welche eine Änderung in einem Betrag eines durch den Magneten 3 von 24(b) erzeugten und durch die Sensorelemente 5a und 5b des Magnetsensors 5 gemessenen magnetischen Flusses ϕ als eine Funktion einer Winkellage θ der Drehwelle 2 angibt.
Der Magnet 3 weist, wie in 12(b) gezeigt, einen kreisförmigen inneren Rand und einen ovalen äußeren Rand auf. In einem Fall, in welchem, wie in 24(a) gezeigt, der Magnet von 12(b) innerhalb des Jochs 4, dessen innerer Rand kreisförmig ist, angeordnet ist, ist der Abstand G zwischen den Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b des Magneten 3 und dem inneren Rand des Jochs 4 viel größer als der Abstand zwischen Verbindungsstellen zwischen dem N-Pol 3a und dem S-Pol 3b und dem inneren Rand des Jochs 4. Dies bewirkt, daß der Betrag des magnetischen Flusses, der um die Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b herum erzeugt wird und aus dem Joch 4 heraus abfließt, anwächst, was in einer verringerten Dichte des durch das Joch 4 hindurch fließenden magnetischen Flusses resultiert, was zu einer Abnahme in einem Ausgang des Magnetsensors 5 führt.
Um das vorgenannte Problem zu vermeiden, weist der Magnet 3 die Verbindungsstellen zwischen dem N-Pol 3a und dem S-Pol 3b so geschliffen oder geschnitten auf, daß sie flache Seitenflächen 130a und 130b aufweisen. Dies ermöglicht, daß die Breite der Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b in der Radiusrichtung des Magneten 3 über die des in 24(a) gezeigten Magneten 3 vergrößert ist. Insbesondere kann der Spalt G zwischen den Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b und dem inneren Rand des Jochs 4 kleiner sein als der in 24(a). Dies resultiert in einem verminderten Abfluss des magnetischen Flusses nach außerhalb des Jochs 4.
Der Magnet 3 von 24(b) ist, wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, im Wesentlichen kreisförmig im Vergleich mit dem von 24(a). Die Breite der Umfangsmitten des N-Pols 3a und des S-Pols 3b und die Breite der Verbindungsstellen zwischen dem N-Pol 3a und dem S-Pol 3b sind so ausgewählt, daß sie eine Beziehung hierzwischen aufweisen, welche den sich auf eine Drehung der Drehwelle 2 hin in der Form einer Welle ändernden magnetischen Fluss, wie in 25 dargestellt, erzeugt. Insbesondere sind die Beträge eines magnetischen Flusses innerhalb eines Bereichs X (d. h. um die Umfangsmitte des N-Pols 3a herum) und eines Bereichs Y (d. h. um die Umfangsmitte des S-Pols 3b herum) im Wesentlichen gleichförmig.
26 zeigt den Winkellagesensor des Winkellagedetektors 1 gemäß der zehnten Ausführungsform der Erfindung.
Das Joch 4 in jeder der ersten bis neunten Ausführungsform ist, wie vorstehend beschrieben, aus einem metallischen weichmagnetischen Material hergestellt. Das Joch 4 dieser Ausführungsform ist aus vier weichmagnetischen Platten 4a, 4b, 4c, und 4d gebildet, deren Dicke in der Radiusrichtung des Jochs 4 kleiner ist als die Jochsegmente 4a bis 4d in jeder der ersten bis neunten Ausführungsform. Die magnetischen Platten 4a bis 4d dieser Ausführungsform sind jeweils durch Pressen wie etwa Stanzen oder Biegen ausgebildet und weisen ein um das Volumen S geringeres Gewicht auf als die Jochsegmente 4a bis 4d in jeder der ersten bis neunten Ausführungsform.
Die magnetischen Platten 4a bis 4d können ersatzweise durch Schleifen metallischer Blöcke ausgebildet sein.
27(a) und 27(b) zeigen den Winkellagesensor des Winkellagedetektors 1 gemäß der elften Ausführungsform der Erfindung.
Der Magnet 3 von 27(a) weist ein Profil auf, welches mit dem der 24(a) oder 24(b) identisch ist, sich aber von diesen darin unterscheidet, daß die Dicke B größer ist als die Dicke C des Jochs 4. Insbesondere befinden sich Kanten 31 des Magneten 3 außerhalb des Jochs 4 in der Längsrichtung der Drehwelle 2. Dies bewirkt, daß der magnetische Fluss von den Kanten 3 aus dem Joch 4 herausfließt, was dazu dient, hereinkommende Eisenpulver anzuziehen, um ein Anhaften hiervon an dem inneren Rand des Jochs 4 und einem gegenüberliegenden Abschnitt des äußeren Rands des Magneten 3 zu vermeiden, wodurch die Stabilität eines Fließens des magnetischen Flusses von dem Magneten 3 zu dem inneren Rand des Jochs 4 für eine verlängerte Zeitdauer sichergestellt ist.
Der Magnet 3 kann unter Verwendung von Einsatzgießtechniken integral mit der Drehwelle 2 hergestellt sein. Dies verbessert die Konzentrizität des Magneten 3 und der Drehwelle 2.
27(b) zeigt eine Modifikation des Magneten 3 von 27(a).
Der Magnet 3 ist durch einen ringförmigen Magnethalter 9 aus Kunststoff an der Drehwelle 2 befestigt. Der Magnethalter 9 kann unter Verwendung von Einsatzgießtechniken integral mit der Drehwelle 2 ausgebildet sein. Der Magnet 3 kann aus einem Ferritmagneten oder einem kunststoffgebundenen Magneten hergestellt sein.

Claims

Winkellagesensor, welcher aufweist: Ein hartmagnetisches Bauteil, welches mit einem drehbaren Bauteil verbunden ist, wobei das hartmagnetische Bauteil einen Umfang aufweist und in einer Umfangsrichtung hiervon magnetisiert ist, um eine magnetisches Feld hierherum zu erzeugen; ein weichmagnetisches Bauteil, welches im Einflussbereich des durch das hartmagnetische Bauteil erzeugten Magnetfelds angeordnet ist, um einen magnetischen Kreis auszubilden, wobei eine Drehung des drehbaren Bauteils die Relativlage zwischen dem hartmagnetischen Bauteil und dem weichmagnetischen Bauteil ändert und bewirkt, dass sich eine magnetische Flussdichte in dem magnetischen Kreis ändert; und einen Magnetflussdichtenmesssensor, welcher mit einem Abstand von dem weichmagnetischen Bauteil entfernt angeordnet ist, wobei der Magnetflussdichtenmesssensor arbeitet, um die magnetische Flussdichte in dem magnetischen Kreis zu messen, um ein Signal als eine Funktion der magnetischen Flussdichte als eine Angabe einer Winkellage des drehbaren Bauteils zu erzeugen, wobei das hartmagnetische Bauteil ausgelegt ist, einen magnetischen Fluss zu erzeugen, der im Betrag innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs in einer Umfangsrichtung hiervon im Wesentlichen gleichförmig ist, dadurch gekennzeichnet, dass das hartmagnetische Bauteil einen ersten magnetischen Pol und einen zweiten magnetischen Pol aufweist, welche sich in einer Polarität voneinander unterscheiden und an Enden hiervon miteinander verbunden sind, um den Umfang des hartmagnetischen Bauteils zu definieren, und der erste und der zweite magnetische Pol arbeiten, um den magnetischen Fluss zu erzeugen, der innerhalb von Winkelbereichen, die um mittlere Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols in der Umfangsrichtung des hartmagnetischen Bauteils herum definiert sind, im Betrag im Wesentlichen gleichförmig ist; und die mittleren Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols eine in einer Richtung senkrecht zu einer sich auf einer Umfangsmittellinie des hartmagnetischen Bauteils erstreckenden Ebene definierte Dicke aufweisen, welche kleiner ist als eine Dicke von Abschnitten des ersten und des zweiten magnetischen Pols um Verbindungsstellen zwischen Enden des ersten und des zweiten magnetischen Pols herum.
Winkellagesensor, welcher aufweist: Ein hartmagnetisches Bauteil, welches mit einem drehbaren Bauteil verbunden ist, wobei das hartmagnetische Bauteil einen Umfang aufweist und in einer Umfangsrichtung hiervon magnetisiert ist, um eine magnetisches Feld hierherum zu erzeugen; ein weichmagnetisches Bauteil, welches im Einflussbereich des durch das hartmagnetische Bauteil erzeugten Magnetfelds angeordnet ist, um einen magnetischen Kreis auszubilden, wobei eine Drehung des drehbaren Bauteils die Relativlage zwischen dem hartmagnetischen Bauteil und dem weichmagnetischen Bauteil ändert und bewirkt, dass sich eine magnetische Flussdichte in dem magnetischen Kreis ändert; und einen Magnetflussdichtenmesssensor, welcher mit einem Abstand von dem weichmagnetischen Bauteil entfernt angeordnet ist, wobei der Magnetflussdichtenmesssensor arbeitet, um die magnetische Flussdichte in dem magnetischen Kreis zu messen, um ein Signal als eine Funktion der magnetischen Flussdichte als eine Angabe einer Winkellage des drehbaren Bauteils zu erzeugen, wobei das hartmagnetische Bauteil ausgelegt ist, einen magnetischen Fluss zu erzeugen, der im Betrag innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs in einer Umfangsrichtung hiervon im Wesentlichen gleichförmig ist, dadurch gekennzeichnet, dass das hartmagnetische Bauteil einen ersten magnetischen Pol und einen zweiten magnetischen Pol aufweist, welche sich in einer Polarität voneinander unterscheiden und an Enden hiervon miteinander verbunden sind, um den Umfang des hartmagnetischen Bauteils zu definieren, und der erste und der zweite magnetische Pol arbeiten, um den magnetischen Fluss zu erzeugen, der innerhalb von Winkelbereichen, die um mittlere Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols in der Umfangsrichtung des hartmagnetischen Bauteils herum definiert sind, im Betrag im Wesentlichen gleichförmig ist; und die mittleren Abschnitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols eine in einer parallel zu einer sich auf einer Umfangsmittellinie des hartmagnetischen Bauteils erstreckenden Ebene orientierten Richtung definierte Breite aufweisen, welche kleiner ist als eine Breite von Abschnitten des ersten und des zweiten magnetischen Pols um Verbindungsstellen zwischen Enden des ersten und des zweiten magnetischen Pols herum.
Winkellagesensor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hartmagnetische Bauteil weichmagnetische Unterjochteile aufweist, welche arbeiten, um einen von dem ersten und dem zweiten magnetischen Pol erzeugten magnetischen Fluss in den magnetischen Fluss umzuwandeln, der im Betrag innerhalb des gegebenen Winkelbereichs im Wesentlichen gleichförmig ist, wobei die weichmagnetischen Unterjochteile an Randabschnitten nahe der Umfangsmitte des ersten und des zweiten magnetischen Pols angeordnet sind.
Winkellagesensor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hartmagnetische Bauteil in einer Richtung senkrecht zu der Umfangsmittellinie hiervon eine Dicke aufweist, welche kleiner ist als die des weichmagnetischen Bauteils, und das hartmagnetische Bauteil und das weichmagnetische Bauteil so angeordnet sind, dass eine auf der Umfangsmittellinie des hartmagnetischen Bauteils in einer Dickenrichtung hiervon definierte Ebene mit einer auf der Umfangsmittellinie des weichmagnetischen Bauteils in einer Dickenrichtung hiervon definierten Ebene zusammenfällt.
Winkellagesensor gemäß Anspruch 1 oder 2, weiter gekennzeichnet durch eine magnetische Abschirmung, welche das weichmagnetische Bauteil umgibt.
Winkellagesensor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das weichmagnetische Bauteil einen Umfang aufweist und außerhalb des Umfangs des hartmagnetischen Bauteils angeordnet ist, wobei das weichmagnetische Bauteil einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Spalt aufweist, die hierin mit einem Abstand von näherungsweise 90° in einer Umfangsrichtung des weichmagnetischen Bauteils ausgebildet sind, und wobei ein Abstand zwischen einem äußeren Rand des weichmagnetischen Bauteils und der magnetischen Abschirmung größer ist als eine Länge jedes des ersten bis vierten Spalts entlang des Umfangs des weichmagnetischen Bauteils.
Winkellagesensor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Breiten des ersten und des zweiten magnetischen Pols des hartmagnetischen Bauteils in einer Richtung senkrecht zu der Richtung entlang des Umfangs des hartmagnetischen Bauteils zur Umfangsmittellinie des ersten und des zweiten magnetischen Pols hin abnehmen.
Winkellagesensor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das hartmagnetische Bauteil als auch das weichmagnetische Bauteil einen kreisförmigen inneren Umfang aufweisen, wobei das hartmagnetische Bauteil einen im Wesentlichen kreisförmigen äußeren Umfang aufweist, der durch eine Geometrie, dass Breiten der Umfangsmitten des ersten und des zweiten magnetischen Pols in der Richtung senkrecht zu der Richtung entlang des Umfangs des hartmagnetischen Bauteils kleiner sind als Breiten von Verbindungsstellen zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Pol, definiert ist.
Winkellagesensor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des hartmagnetischen Bauteils in einer Richtung senkrecht zu einer sich auf einer Umfangsmittellinie des hartmagnetischen Bauteils erstreckenden Ebene größer ist als die des weichmagnetischen Bauteils, wobei in der Richtung senkrecht zu der sich auf der Umfangsmittellinie des hartmagnetischen Bauteils erstreckenden Ebene gegenüberliegende Enden des hartmagnetischen Bauteils außerhalb von Enden des weichmagnetischen Bauteils in der Richtung senkrecht zu der sich auf der Umfangsmittellinie des hartmagnetischen Bauteils erstreckenden Ebene hervorstehen.
Winkellagebestimmungsvorrichtung, welche aufweist: ein mit einem drehbaren Bauteil verbundenes ringförmiges hartmagnetisches Bauteil, wobei das hartmagnetische Bauteil einen ersten magnetischen Pol und einen zweiten magnetischen Pol, der sich in einer Polarität von dem ersten magnetischen Pol unterscheidet, beinhaltet, wobei der erste und der zweite magnetische Pol an Enden hiervon an Orten, die 180° voneinander in einer Umfangsrichtung des hartmagnetischen Bauteils entfernt sind, verbunden sind, wobei das hartmagnetische Bauteil ausgelegt ist, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen, welcher in einem Betrag innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs in einer Umfangsrichtung hiervon im Wesentlichen gleichförmig ist; ein außerhalb eines Umfangs des hartmagnetischen Bauteils angeordnetes weichmagnetisches Bauteil mit hierin mit einem Abstand von näherungsweise 90° angeordnet ausgebildeten Spalten, wobei ein Drehung des drehbaren Bauteils, um eine Relativlage zwischen dem hartmagnetischen Bauteil und dem weichmagnetischen Bauteil zu ändern, bewirkt, dass sich eine magnetische Flussdichte in den Spalten ändert; Magnetflussdichtenmesssensoren, von denen jeweils einer in zweien der in einer Richtung der Anordnung der Spalte benachbarten Spalte angeordnet ist, wobei die Magnetflussdichtenmesssensoren arbeiten, um Magnetflussdichten innerhalb der zwei Spalte zu messen und diese anzeigende elektrische Signale zu erzeugen, welche im wesentlichen Sägezahnwellen zeigen, die um 90° zueinander phasenverschoben sind und von denen jede einen geraden Abschnitt aufweist; und eine Winkellageberechnungsschaltung, welche arbeitet, um die geraden Abschnitte der Sägezahnwellen zu kombinieren und zu korrigieren, um im Wesentlichen eine einzige gerade Linie auszubilden, wobei die Winkellageberechnungsschaltung eine Winkellage des drehbaren Bauteils unter Verwendung der geraden Linie berechnet.
Winkellagebestimmungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Magnetflussdichtenmesssensoren erzeugten elektrischen Signale Spannungssignale sind, deren Pegel sich als eine Funktion der Winkellage des drehbaren Bauteils ändert, wobei Mittel vorgesehen sind für eine Korrektur der geraden Abschnitte der Sägezahnwellen in der Winkellageberechnungsschaltung durch Extraktion von Segmenten aus den geraden Abschnitten, die sich jeweils über einen von vorgewählten Winkelbereichen einer Drehung des drehbaren Bauteils erstrecken, in Übereinstimmung bringen von Vorzeichen von Inklinationen der Segmente, Parallelverschieben der Segmente, um einen Spannungspegel eines Endes jedes der Segmente in Übereinstimmung mit dem eines Endes eines benachbarten der Segmente zu bringen, und Verbinden der bewegten Segmente, um eine einzige Spannung-zu-Winkel-Linie zu erzeugen, Definieren einer sich zwischen einem maximalen Spannungspegel und einem minimalen Spannungspegel, die durch die einzige Spannung-zu-Winkel-Linie angegeben werden, erstreckenden geraden Spannung-zu-Winkel-Linie, Bestimmen eines mittleren Spannungspegels in der Mitte zwischen der geraden Spannung-zu-Winkel-Linie, Bestimmen eines Spannungskorrekturwerts, der erforderlich ist, um den mittleren Spannungspegel in Übereinstimmung mit einem idealen zu bringen„ und Bestimmen eines Inklinationskorrekturwerts, der erforderlich ist, um eine Inklination der geraden Spannung-zu-Winkel-Linie in Übereinstimmung mit einer idealen zu bringen.
Winkellagebestimmungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Magnetflussdichtenmesssensoren arbeitet, um das elektrische Signal zu korrigieren, um einen von einer Umgebungstemperatur herrührenden Fehler zu kompensieren.
Winkellagebestimmungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Magnetflussdichtenmesssensoren mit einer Temperatur-zu-Korrekturwert-Karte ausgestattet ist, wobei jeder der Magnetflussdichtenmesssensoren arbeitet, um aus der Temperatur-zu-Korrekturwert-Karte einen der Umgebungstemperatur entsprechenden Korrekturwert aufzunehmen und das elektrische Signal unter Verwendung des Korrekturwerts zu korrigieren.
Winkellagebestimmungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkellageberechnungsschaltung hierin einen idealen maximalen Spannungspegel und einen idealen minimalen Spannungspegel der elektrischen Signale speichert, eine erste Differenz zwischen einem tatsächlichen maximalen Spannungspegel der elektrischen Signale und dem idealen maximalen Spannungspegel und eine zweite Differenz zwischen einem tatsächlichen minimalen Spannungspegel und dem idealen minimalen Spannungspegel bestimmt und den tatsächlichen maximalen und minimalen Spannungspegel unter Verwendung der ersten und der zweiten Differenz korrigiert.